Elementy dodatkowe klawiatur – przegląd rozwiązań

Spośród wielu możliwych rozwiązań dodatkowych warto wymienić następujące: • Podświetlenie • Elementy ochrony elektromagnetycznej • Podgrzewanie • Okno wyświetlacza • Płyty nośne Podświetlanie Podświetlanie pełni dwie podstawowe role w klawiaturze: punktowe, które sprowadza się do roli sygnalizacji stanu urządzenia lub wybranej jego funkcji oraz rozproszone, umożliwiające obsługiwanie klawiatury w złych warunkach oświetleniowych. Oświetlenie punktowe jest realizowane inaczej w różnych typach klawiatur. • W klawiaturach membranowy robi się to zazwyczaj za pomocą diody SMD montowanej na foli bazowej. W zależności od konstrukcji klawiatury, folia dekoracyjna może być dodatkowo przetłoczona ponad diodą spełniając rolę quasi soczewki zwiększającej jej kąt świecenia. Dioda w klawiaturze membranowej, ze względu na technologię wykonania punktu stykowego (nie przepuszczającego światła), zazwyczaj nie jest wykorzystywana do podświetlania klawisza. • W klawiaturach typu STK dioda umieszczana jest na płytce drukowanej, spełniając analogiczną rolę jak w klawiaturze membranowej. Jedyna różnica polega na możliwości zastosowania zarówno diody SMD, jak i przewlekanej. • W klawiaturach typu STK możliwe jest zastosowanie mikroprzełącznika z wbudowaną diodą podświetlającej całą główkę klawisza bądź jego fragment. • W klawiaturach silikonowych można wykonać transparentne pole prześwietlane przez diodę bądź, poprzez specjalną konstrukcję klawisza i pierścieniowe pole kontaktowe, można podświetlić klawisz. Podświetlenie klawiatury umożliwiające jej obsługę w trudnych warunkach oświetleniowych można zrealizować poprzez zastosowanie: • Lampa elektroluminescencyjna świecąca zaprojektowana nad powierzchnią. Ma grubość około 0,3 mm musi być zasilana prądem zmiennym o częstotliwości typowo 400 Hz i napięciu 30 -130 V. Stosując to rozwiązanie oszczędzamy miejsce lecz musimy zazwyczaj zainstalować w urządzeniu inverter napięcia stałego na zmienne oraz liczyć się z tym, że czas połowicznego świecenia lampy (czas świecenia, po którym jasność spada o połowę) nie przekracza 1000 godzin. • Mata światłowodowa to płaska konstrukcja „utkana” ze specjalnie zaginanych światłowodów tak by część światła wydostawała się poprzez krawędź prostopadle do nitki światłowodu. Światłowody są zbierane w wiązkę lub wiązki i odpowiednio zakańczane, tak by można było zasilić je światłem z diody lub wielu diod świecących. Jest to bardzo trwałe, oszczędzające miejsce rozwiązanie. Wadą jest wysoka cena jednostkowa i wysokie koszty uruchomienia produkcji. • Płyta dyfuzyjna zasilana krawędziowo diodami LED to płytka ze specjalnego tworzywa odpowiednio przewodzącego i rozpraszającego światło, zasilana światłem krawędziowo diodami LED. Minimalna grubość płytki wynosi 2 mm, a jej mające praktyczne zastosowanie rozmiary limitowane są spadkiem jasności świecenia powierzchni oddalonej od krawędzi w miarę oddalania się od źródła światła. Zamiast diod typu LED stosuje się także jako źródło światła lampy typu CCFL (cold cathode elektroluminescent lamp). Jest to jednak rozwiązanie droższe i wymagające znacznie więcej miejsca. • Diody LED umieszczone w odpowiedni sposób w klawiaturze silikonowej mogą pełnić rolę podświetlenia klawiatury, w którym funkcję transmisji i rozpraszania promieni pełni transparentny silikon. Elementy ochrony elektromagnetycznej Elementy ochrony elektromagnetycznej - obowiązek ochrony elektromagnetycznej urządzenia obliguje także producentów klawiatur do zastosowania w ich konstrukcji odpowiednich rozwiązań. Należałoby wymienić dwa zagadnienia: • ochrona elektromagnetyczna klawiatury realizowana jest poprzez umieszczenie wewnątrz klawiatury, ale ponad przyciskami, siatki przewodzącej z wyprowadzonym kontaktem elektrycznym. Siatkę taką najczęściej nadrukowuje się pastami srebra takimi samymi jakie służą do druku ścieżek przewodzących i pól kontaktowych. Można również umieścić wewnątrz klawiatury warstwę folii przewodzącej. W obu przypadkach należy jednak pamiętać o zachowaniu odpowiedniego odstępu warstwy ekranującej od krawędzi klawiatury i otworów, tak by nie obniżyć jej odporności na działanie elektryczności statycznej. • ochrona elektromagnetyczna okna wyświetlacza to znacznie bardziej skomplikowane rozwiązanie za względu na konieczność zapewnienia dobrej przezroczystości obszaru i czytelności wyświetlacza. Można to osiągnąć poprzez umieszczenie w polu wyświetlacza: o foli lub innego materiału z naniesioną warstwą przewodzącą ITO o płyty akrylowej lub poliwęglanowej z umieszczoną specjalną siatką stalową lub miedzianą. Oba rozwiązania różnią się między sobą stopniem tłumienia promieniowania elektromagnetycznego, poziomem przepuszczania promieni świetlnych, odpornością na warunki środowiska oraz ceną. W przypadku powłok ITO, parametry te zależą przede wszystkim od wielkości oporności powierzchniowej mierzonej w Ohmach na kwadrat, w przypadku tworzyw z siatką od materiału siatki, jej gęstości, średnicy drutu i jego obróbki powierzchniowej. Element ochrony elektromagnetycznej musi posiadać kontakt przewodzący pozwalający na połączenie z innymi elementami ochrony klawiatury i urządzenia. Podgrzewanie Nie jest to ściśle element klawiatury, ale ze względu na bliski obszar zastosowania, podobne materiały i technologie warto o nim wspomnieć. Wiele urządzeń, a w zasadzie elementów elektronicznych, w tym zwłaszcza wyświetlacze ciekłokrystaliczne wymagają odpowiedniej temperatury pracy. Transparentna folia lub płytka z warstwą ITO, z naniesionymi elektrodami zaopatrzona w kontakty do podłączenia elektrycznego, jest w stanie zapewnić odpowiednie warunki pracy wyświetlacza i podwyższyć jego czytelność. Okno wyświetlacza Rosnące wymagania związane z urządzeniami elektronicznymi, stosowanie coraz większych wyświetlaczy graficznych powoduje, że rosną oczekiwania użytkowników związane z zabezpieczeniem i czytelnością wyświetlaczy. Klawiatura często przykrywa wyświetlacz i dlatego tak istotne są rozwiązania pokrywającego go pola transparentnego. Ważne parametry charakteryzujące różne rozwiązania to: • transparentność i klarowność okna • wytrzymałość mechaniczna • odporność na zarysowanie • charakterystyka optyczna w funkcji długości fal świetlnych • właściwości antyrefleksyjne • właściwości polaryzujące • właściwości elektromagnetyczne wspomniane powyżej • zabezpieczenie przed powstawaniem pierścieni Newtona Najprostszym rozwiązaniem jest pozostawienie niezadrukowanego pola w folii dekoracyjnej. Grubość folii stosowanych w klawiaturach nie przekraczają 0,2 mm, przez co nie stanowią one zbyt mocnej ochrony mechanicznej wyświetlacza. Również folie nie mogą zaoferować bardzo różnorodnej charakterystyki optycznej czy elektromagnetycznej. W związku z tym często wycina się lokalnie folię dekoracyjną, zastępując ją materiałami o pożądanej charakterystyce dla konkretnej aplikacji. Folie dekoracyjne, folie kontaktowe Niektóre elementy klawiatur membranowych występują jako samodzielne produkty. Najczęściej dotyczy to folii dekoracyjnej i folii kontaktowej. • Folie dekoracyjne wykonywane na materiałach i w technologii typowej dla klawiatur foliowych znajdują szerokie zastosowane w wyrobach technicznych o podwyższonych wymaganiach użytkowych takich jak wytrzymałość mechaniczna, odporność na ścieranie. Poliestrową lub poliwęglanową folię dekoracyjną, zadrukowaną od spodu z naniesioną warstwą samoprzylepną z kleju permanentnego, znajdziemy zarówno w całej gamie wyrobów powszechnego użytku, jak i w specjalistycznych wyrobach technicznych. Folie naklejane są zazwyczaj na specjalnie zagłębione pole obudowy bądź na płytę nośną. • Folie kontaktowe to folia bazowa klawiatury membranowej z naniesionymi ścieżkami przewodzącymi i polami kontaktowymi. Znajdują zastosowanie w klawiaturach długiego skoku zastępując ze względu na koszt sztywny lub elastyczny obwód drukowany. Połączenie elastyczne Połączenie elastyczne to element zintegrowany z klawiaturą membranową jako wstążka łącząca, lecz także wytwarzany jako oddzielny produkt i to różnymi technikami. • PTF (Polimer Thick Film) to szereg ścieżek przewodzących nadrukowanych na bazowej folii bazowej metodą sitodruku pastami srebrnymi. Kształt, ilość czy grubość ścieżek może być dowolna, a zakończenie podobnie jak w klawiaturach membranowych jest przystosowane do złącza wsuwanego typu ZIF lub zaszywanego typu Crimpflex. Typowe rastry w jakich wykonywane są te połączenia to 2.54, 1.25 i 1.0 mm • FFC (Flat Flexible Cable) to płaskie paski zabezpieczonej galwanicznie miedzi zaizolowane dwustronnie folią poliestrową. Produkowane są masowo w długich odcinkach o różnej ilości ścieżek przewodzących, a następnie cięte na żądaną długość i zakańczane odpowiednio do stosowanego złącza wsuwanego ZIF lub przystosowywane do bezpośredniego montażu metodą HBB (hot bar soldering). Produkowane rastry to 0.50, 0.80, 1.00 , 1.25 , 1.27, 2.54 mm • CFJ (Crimpflex Flexible Jumper) to podobnie jak FFC elastyczny pasek składający się ze ścieżek miedzianych obustronnie zabezpieczonych mechanicznie i elektrycznie folią poliestrową. Wykonywane w rastrze 2,54 i przystosowany do złącz zaszywanych typu Crimpflex. Oferowana jest duża gama tych złącz: męskich, żeńskich lub w postaci pinów lutowniczych.